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趣味物理学
1.12.1 10.1 寻找回声?
10.1 寻找回声?

没有人看见过它,

可是每个人都听到过它,

没有形体,可它一直活着,

没有舌头,可它却会叫喊。

——涅克拉索夫

这个笑话出自马克·吐温之手,一位倒霉的收藏家一直在收藏一样东西……如果没看过他的书,你就算抓破脑壳也猜不出,他想收藏什么?收藏回声!为此,他不辞辛劳、煞费苦心地购买了许多土地,这些土地有一共同的特点,那就是能够产生多次的回声。

他最初在乔治亚州购买了一块地,能重复回声4次;随后的土地在麦里兰,能重复6次,而后又跑到美恩,购买的土地能重复13次回声。接下的在堪萨斯,能重复9次回声。再下去是在田纳西的,能重复12次回声。不过这一次购买的土地很便宜,原因是那块地上的一处峭岩发生了崩塌,急需修复加固。他认为这是一个小工程,完全可以使峭岩修复完好如初,不曾想承担这项工程的建筑师完全没有加强回声的经验,结果把事情办糟了。工程完工后,这儿再没有回声。对他来说,也许这样的地方只适合聋哑人住了……

当然,这只是一个玩笑。但是,能产生多次回声的地方在全球各地都有,有些地方早已吸引了人们的注意,成了全世界闻名的胜地。

我在此向读者介绍几个有名的回声胜地:在英国的武德斯托克,那儿的回声重复17次,而且声音清脆;在格伯士达附近迭连堡城的废墟上,能听到27次的回声,遗憾的是,后来有一堵墙倒塌了,回声从此不再出现,真的是“缄默”了。捷克斯洛伐克的亚德尔士巴哈附近有一个圆形的断岩,在断岩前某一特定的地点,可让7音节的回声重复3次,而离开这块地方,哪怕只有几步之远,即使你接连扣动步枪射击,你也听不到一丁点儿回声。重复回声次数最多出现在意大利的名城米兰,在那儿的一个城堡(可惜这座城堡如今已不在了)里,有人曾听到侧屋窗子传来的枪声,在那儿重复了40~50次;即使你大声读一个单音节词,也会重复30余次。

有趣的是,要找一个地方仅能听到一次回声是一件挺困难的事。在俄国幅员辽阔的国土上,有很多地方能听到多次回声。因为我们有许多被森林环绕的平原,那儿有许多林间空地。如果你站在空地上大声呼喊,回声就会或多或少地从森林里传回来。

山地的情况与平原地区有些不同。山地的回声种类很多,不过能听到的却很少。你要在山地里听到回声,其困难程度远高于在被森林环绕的平原地区。

如果你了解回声的传播规律,你就不会对此困惑了。声波传出后,如遇到障碍物,它就会被反射,如果能反射回原声源处的话,人们就听到了回声。与光的反射一样,声波的入射角和反射角相等。

假设你现在站在山脚下(图10-1),你前方的障碍物(如图将其位置简化为AB)要远高于你所站的位置。从图中我们会看到,声波从C点发出,沿着Ca,Cb,Cc等线射到障碍物AB上,分别沿着aa,bb,cc等方向反射出去,显然,这些反射线路都向上散射,根本不会反射回C点。如果你站的位置和障碍物处于同一水平线上或者比障碍物高的话,声波的反射路线就不一样了,它们会沿CaaC或CbbbC的路线返回到C点,如图10-2所示,声波经过地面的两三次反射后,返回到你的耳朵,你就能听到回声了。这样看来,C、B两点之间的地面最好往下凹陷,起到类似于凹面镜的作用,把声波反射回原处。如果这两点之间的地面往上凸的话,反射回来的声波就会大大减少,回声听起来就显得很弱。这是因为,凸起的地面会把声波向高处散开,类似于凸面镜的作用。

图10-1 图中的情形不会有回声

如果地面坑坑洼洼,要想在其上找到回声,就得花些心思,掌握一些技巧。有时即便你找到了一个很好的地方恰能听到回声,你还要学会如何将回声“唤”回。你不能离障碍物太近,如果太近,回声反射回来太快了,它会与你的原声混在一起,就辨别不清。你得离远点,以便有时间清楚地听到回声。我们知道,声波的传播速度为340米/秒,如果我们想在半秒后就能听到回声,我们应站在障碍物前面85米的地方。

图10-2 图中的情形会出现清晰的回声

虽然说回声只是某种声音通过某一空旷的空间在一定程度上反映“真实的自己”,但不同的声音的回声清晰度明显不同。森林中猛兽的长吼声、嘹亮的号角声、轰隆隆的雷鸣声或是山坡后一女孩甜美的歌声,它们都会得到各不相同的回声。不过,要得到清脆悦耳的回声,原声音就得很尖锐、断续,它们几乎成正比。我们最好听拍手掌的回声,因为人的声音一般都很低沉,不那么响脆,特别是男人的;孩子和妇女的声调一般很高,她们的声音比成年男人的要清脆多了。